[發(fā)明專利]一種基于星光角距測量信息的脈沖星導(dǎo)航方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110933884.6
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113375659B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王奕迪;王禹淞;鄭偉;宋敏章
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/20;G01C21/24;G06F17/10
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

本發(fā)明提供一種基于星光角距測量信息的脈沖星導(dǎo)航方法，包括以下步驟：X射線探測器觀測脈沖星獲取光子TOA序列；獲取星光角距觀測值；采用所得的光子TOA序列和星光角距觀測值計算脈沖TOA；利用所得脈沖TOA以及軌道力學(xué)信息，通過導(dǎo)航模塊計算得到航天器的位置。本發(fā)明方法將星光角距測量信息應(yīng)用到了脈沖TOA的計算過程中，利用了脈沖星的原始觀測信息，是相比于現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)航方法更深度的信息融合；該方法能避免通過周期搜索計算脈沖TOA，計算脈沖TOA時計算量小，適合于星載計算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天航空技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于星光角距測量信息的脈沖星導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

脈沖星導(dǎo)航技術(shù)是一種新興的航天器自主導(dǎo)航技術(shù)，可應(yīng)用于從近地到深空的全天域。脈沖星的自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定，可向外輻射穩(wěn)定的周期信號。在太陽系質(zhì)心(SolarSystem Barycenter，SSB)上預(yù)測的脈沖到達時間(Time ofArrival，TOA)與在航天器上估計的脈沖到達時間(TOA)之間的差異可以反映航天器沿脈沖星方向的位置。然而，由于脈沖星的信號非常微弱，航天器無法記錄連續(xù)的脈沖信號，只能記錄一系列光子TOA。因此，脈沖星導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一是利用記錄的光子TOA序列估計脈沖TOA。

對于靜止或在脈沖星方向上作勻速直線運動的航天器，有歷元折疊法和極大似然估計法兩種方法可以很好地估計脈沖TOA。然而，在實際應(yīng)用中，航天器在軌進行軌道運動，導(dǎo)致脈沖星信號的多普勒頻率隨時間連續(xù)變化。在自主導(dǎo)航任務(wù)中，航天器的速度和位置是未知的，因此，很難消除多普勒頻率的影響。在這種情況下，歷元折疊式和極大似然估計方法是失效的。

專利申請?zhí)枮?01410133271.4的發(fā)明申請公開了一種高軌衛(wèi)星的脈沖星/星光角距組合導(dǎo)航方法，該組合導(dǎo)航方法采用動靜態(tài)非線性濾波器實現(xiàn)脈沖星測量信息和星光角距信息的最優(yōu)融合，相比于脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)的測量周期短；相比于CNS，組合導(dǎo)航系統(tǒng)可獲得高精度的導(dǎo)航信息。但是此類方法的脈沖TOA需要先進行周期搜索，需要較大的計算量，不適用于星載實時計算。

專利申請?zhí)枮?01510491219.0的發(fā)明專利公開一種軌道動力學(xué)輔助動態(tài)脈沖星信號的處理方法，該方法根據(jù)脈沖星的自轉(zhuǎn)頻率和方向矢量、航天器相對于太陽的預(yù)估位置，借助航天器的軌道動力學(xué)，實現(xiàn)脈沖星動態(tài)信號的處理，但該方法需要的計算量較大，不適合于星載計算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于星光角距測量信息的脈沖星導(dǎo)航方法，該方法將星光角距測量信息應(yīng)用到了脈沖TOA的計算過程中，利用了脈沖星的原始觀測信息，是相比于原有方法更深度的信息融合；該方法能避免通過周期搜索計算脈沖TOA，計算脈沖TOA時計算量小，適合于星載計算。具體技術(shù)方案如下：

一種基于星光角距測量信息的脈沖星導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

步驟一、X射線探測器觀測脈沖星獲取光子TOA序列；獲取星光角距觀測值α；

步驟二、采用步驟一所述的光子TOA序列和星光角距觀測值α采用表達式9)計算脈沖TOA；

其中：φ_det(t)為脈沖TOA；φ_end為脈沖星相位；f_s為脈沖星頻率；t和t_end為時刻；c為光速；n為脈沖星的方向矢量；和分別為t時刻和tend時刻地球的位置矢量；φ_{stellar angle-end}為表達式10)：